Проект «Будущее углерода природных экосистем на вечной мерзлоте в Сибири: анализ процессов и уязвимости» под руководством немецкого исследователя Георга Гуггенбергера был поддержан мегагрантом Правительства РФ в 2013 году. Для реализации проекта в Институте леса КНЦ СО РАН была создана лаборатория экофизиологии биогеоценозов криолитозоны. Мы встретились с Георгом во время его очередного визита в Красноярск и поговорили о конкурентоспособности почвоведения как науки, судьбе углерода в Арктике и будущем лаборатории в Красноярске.

— Начнем с прошлого: как вообще завязалось ваше сотрудничество с Россией?

— Первый раз я был в России в 1995 году, участвовал в экспедиции Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера на Таймыр и Северную Землю. После этой поездки я влюбился в Россию. Огромное впечатление на меня произвели люди. Насколько я понимаю, у них тогда было мало денег, зарплата была не регулярной и не высокой, но отношения были фантастическими. Следующий проект начался в 1998 году, это были совместные исследования с якутским Институтом мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН. Мы работали в Геокриологической лаборатории в Игарке. Ходили в экспедиции по Енисею, посещали Красноярск, и здесь тоже завязались рабочие контакты. Мы знали друг друга по международным конференциям, позже провели конференцию по вечной мерзлоте в Красноярске. Через пару лет после первого конкурса мегагрантов, кстати во время новогодней вечеринки, за две недели до дедлайна мы подумали: а почему нет? Это была отличная командная работа, каждый знал, что он хочет написать. Нашу заявку поддержали.

— В чем была главная идея проекта?

— Понять, что происходит с почвенным органическим веществом в вечной мерзлоте. Вы видите, что сейчас на улице относительно тепло. В целом зимы в Красноярске в последние годы теплее, чем обычно. Температура растет по всему миру. Это приводит к таянию мерзлоты. Вечная мерзлота хранит органическое вещество точно так же, как мы храним продукты в морозильной камере. Как только морозильник сломался — еда пропадает, потому что микроорганизмы начинают активно разлагать органическое вещество. То же самое происходит или может произойти в тундре. Поэтому наша цель была, и она до сих пор до конца не достигнута, — определить, сколько углерода выделится в атмосферу в случае таяния мерзлоты. У нас есть определенные успехи, но мы еще не ответили на этот вопрос.

— Для кого-нибудь с улицы все звучит достаточно просто: вот есть почва, в ней находится углерод, стало теплее — весь углерод выделился в виде газов. Ну и в чем проблема?

— Для жителя Сибири глобальное потепление, действительно, не звучит как проблема. Вы скорее будете рады, если на улице станет теплее. Но мы должны думать шире. Я также работаю на юге России, в Алтайском крае и в Казахстане. Там последствия изменений уже заметны. Климат становится суше. Возникает угроза для урожайности в сельском хозяйстве.

По всей планете есть территории, которые пострадают от глобального потепления. Речь идет не только о температурах. Изменится регулярность выпадения осадков, повысится уровень воды в океане. В глобальном контексте последствия будут большими, глобальное потепление — это проблема для человека, не для природы.

— В чем проблема предсказать поведение вечной мерзлоты и судьбу углерода при росте температуры? Неужели почва — такая сложная система?

— Дело в том, что почва очень неоднородна. Нет никакой уверенности, что два образца почв из разных мест будут вести себя схожим образом. При одной и той же температуре разные почвы будут отличаться способностью удерживать углерод. Дело в том, что органическое вещество может связываться с минералами, и тогда оно намного стабильнее. Значит, меньше углекислого газа будет выделяться в атмосферу. По большому счету еще десять лет назад мы вообще не знали, каковы запасы углерода в почвах. Большое количество групп в России, Канаде, США, Швеции работает по этой тематике. Согласованная на сегодня оценка — это порядка 2600 гигатонн углерода во всех почвах, из которых примерно половина хранится в северной мерзлоте. Эти запасы втрое превышают количество углерода в атмосфере.

С темой мерзлоты и углерода можно рассчитывать на самый высокий уровень исследований и публикаций. Это очень горячая тема. Самая цитируемая публикация с моим участием была опубликована несколько лет назад в Nature. Как раз по теме, которую я только что упомянул: как почва хранит органическое вещество. В последние годы произошла смены парадигмы. Раньше была уверенность, что способность удерживать углерод связана с химической природой органического вещества (структурой). Мы показали, что в первую очередь важно качество почвы, есть ли в ней реактивные соединения минералов, таких как алюминий или железо, которые могут связывать (сорбировать) органический углерод. Чтобы исследовать химические процессы, которые протекают в почве, мы работаем на наноуровне. Когда мы говорим о почве, для объяснения протекающих в ней процессов требуется совместить разные масштабы — от наночастиц, которые являются центрами химических реакций, до ландшафта.

Статья Persistence of soil organic matter as an ecosystem property была опубликована в журнале Nature в 2011 году. На сегодня у нее больше 2000 цитирований

— Когда мы говорим о вечной мерзлоте, каков разброс в способности запасать углерод в зависимости от минерального состава?

— От 5 до 100 килограммов углерода на квадратный метр. Наши исследования, в том числе в рамках текущего проекта, показали, что, к счастью, способность мерзлоты удерживать органическое вещество достаточно высока. Это значит, что не так много углерода поступит в атмосферу по сравнению с представлениями об этом процессе еще пятилетней давности. Есть еще много тонкостей, связанных с физическим расположением слоев вечной мерзлоты, с потенциальными источниками углерода, углекислого газа или метана.

Минералы в почве, которые могут связывать углерод, — продукты выветривания материнских пород. Это помимо глинистых минералов, в частности, оксиды железа и алюминия. Их наличие связано с почвенными физико-химическими и биологическим процессами. Железо высвобождается, потом рекристаллизуется, и получаются химически активные соединения гидроксида железа. Физически это частицы с большой пористостью, а значит, огромной удельной площадью поверхности. По сути, речь идет о наноструктурированных материалах, аналогичных тем, что получают химики в лаборатории. В Ганновере мы сотрудничаем с химиками, которые помогают нам определить такие соединения. Они производят их в лаборатории, а природа делает их сама в почве. Это наночастицы размером 1-5 нанометров.

Моя грубая оценка — около 20% углерода в случае таяния мерзлоты выделится в атмосферу. Это очень, очень много. Современная концентрация углерода в атмосфере — 400 ppm (примерно 0,04%). Если добавить упомянутые выбросы в случае таяния мерзлоты, то концентрация достигнет уровня 480 ppm. Важно учесть, что процесс таяния может занять до 50 лет. И мы не знаем, как будет вести себя почва дальше. Мерзлота тает относительно быстро, это вопрос десятилетий. Почва эволюционирует медленно. Как поведут себя реактивные минеральные элементы? С ростом температуры они могут сорбировать какое-то дополнительное количество органического вещества. Если на новой территории начнет расти лес, он будет изменять состав почвы. Все это делает судьбу углерода мало предсказуемой. Сначала точно будут наблюдаться потери углерода, но, вполне возможно, через несколько сотен лет немерзлотные почвы, сформировавшиеся из мерзлотных, будут способны вновь аккумулировать органику.

— Вот вы исследуете реакции экосистем на изменение климата. Это горячая тема, политическая. Но при этом потребуется, допустим, 200 лет для того, чтобы система перешла в новое равновесное состояние, сначала выделив, а позже поглотив углерод. Однако лица, принимающие решения, мыслят более короткими сроками. Как соединить кратковременный горизонт принятия политических решений и долговременный научный подход к исследованию экосистем?

— Думаю, что в конечном итоге нас будет учить природа. Действительно, я довольно много общаюсь с политиками и чаще всего слышу, что нам нужно решение в течение ближайших, допустим, 10 лет. На самом деле первое решение очень простое: нужно сократить выбросы парниковых газов. Время для того, чтобы это понять, давно прошло. Я думаю, сегодня многие политики это хорошо понимают. Например, даже в Китае наблюдаются большие сдвиги. Сегодня Китай — крупнейший производитель ветровой и солнечной энергии. Во многих странах наблюдаются подобные тенденции. Можно сказать, что временный откат произошел в США (но я твердо уверен, что текущая политика не продлится дольше одного президентского срока, в Штатах слишком многие хорошо понимают важность проблемы).

— Кстати, в России ведь тоже неоднозначная позиция по поводу глобального потепления. Можно сказать, что даже в российском научном сообществе много скептиков по поводу возможного влияния деятельности человека на климат.

— Думаю, вы правы. Многие коллеги здесь в России с подозрением относятся к идее изменения климата. Мне, конечно, трудно говорить за всех, тем более за политиков, но нужно понимать, что экономика России сильно зависит от добычи и продажи углеводородов.

Сложно призывать ограничивать использование этих видов топлива, когда от них зависит экономика. Впрочем, такие ученые встречаются и в других странах. Но в целом научное сообщество сегодня выработало своеобразный консенсус, в рамках которого глобальное изменение климата и вклад человека в этот процесс считаются признанными.

— Цель мегагранта — создание новой лаборатории. Как вы оцениваете успех в этой области? Вам удалось создать работающее подразделение? С нуля или усилили уже существовавшее?

— Это полностью новая группа. Большую часть денег мы потратили на закупку оборудования и на экспедиции. Основной состав новой группы — шестеро исследователей. В первые два года нас было больше. Если считать со студентами, то в проекте принимало участие 23 человека. По меркам Германии, для одной тематики — это большой коллектив. Сейчас основной вопрос, как группа будет работать дальше. Думаю, что она будет всегда зависеть от наличия грантовых денег (soft money). Мне кажется, это тот путь, по которому скоро будет устроена вся наука в России. В Германии у меня в институте есть базовое финансирование, на которое, на самом деле, я не могу реализовывать крупные проекты и в целом содержать лабораторию. Для полноценной работы нужны гранты. Здесь — похожая ситуация. В целом возможности для получения грантов в России растут. Мы планируем подготовить заявку на совместный конкурс между РФФИ и DFG, подготовили несколько заявок для привлечения молодых ученых на стажировки по программам РФФИ, хотим задействовать возможности DAAD. Сам же мегагрант, по сути, длился пять лет, первые три шло основное финансирование, потом было продление на один год, и последний, пятый, год нас финансировал институт.

Вообще, если оценивать программу мегагрантов, то у нее есть несколько недостатков. Первое: программа написана под университеты. В академическом институте ее реализовать сложно из-за высоких требований по софинансированию. Причем софинансирование должно формироваться исключительно из внебюджетных источников. Не многие академические институты способны на такое. Второе: если мы говорим про иностранного ученого, то руководителем гранта, по сути, может быть только пенсионер. Требования по пребыванию в России практически невыполнимы для действующего профессора западного университета. Наш проект подразумевал большое количество экспедиций — в этом случае провести необходимое время в стране оказалось проще. Также министерство требует, чтобы руководитель мегагранта читал здесь лекции, опять же это университетский формат работы. В академическом институте он может проводить дни, общаясь с молодыми учеными, но формально это не является преподаванием.

— В течение этих пяти лет в России происходили разные события в области научной политики — реформа академии наук, развитие университетов. Вы как-то можете оценивать эти изменения? Российская наука стала более конкурентоспособной?

— Безусловно, наука стала более активной. Я участвовал во встрече с президентом Российского научного фонда Александром Хлуновым в Санкт-Петербурге, мне понравилось, что система становится открытой. Заявки нужно подавать на английском языке, экспертиза становится международной — это усиливает конкурентоспособность. В целом есть ощущение, что денег, за которые можно конкурировать, становится больше. А это стимулирует ученых и двигает науку вперед.

Я не могу говорить за все области науки. В сферах, где Россия была всегда сильна, таких как физика, математика, микробиология, химия, наука до сих пор на лидирующих позициях. Если мы говорим про экологию, она немного отстает. Но я вижу прогресс.

Нужно отметить интересный момент. Например, я всегда говорю своим студентам, что почвоведение — это русская наука, ведь одним из ее основателей был русский ученый Василий Докучаев. По сути, он первый начал изучать почву с научной точки зрения, придумал систему классификации, исследовал влияние внешних условий на ее функционирование. Можно сказать, что мы до сих пор развиваем идеи Докучаева.

— Но традиционное почвоведение всегда завязано на классификацию, верно? Такие описательные исследования разве все еще актуальны?

— Когда я был студентом, в качестве основных задач стояли характеристика почвы, описание условий, в которых они сформировались. Сегодня на такие работы финансирование не получить. Это не рассматривается как современная наука. Но! Классификация почв — важная задача. Я учу своих студентов международной системе классификации почв FAO (Food and Agricultural Organization). Почвоведы часто сотрудничают с сельским хозяйством, а там такие классификации активно применяются. Классификация почв — это основа, которая нужна и для оптимизации землепользования, и для любого исследования. Как только вы точно классифицировали почву, вы знаете ее свойства. Зная свойства, вы можете оценить, как можно использовать почву, оценить урожайность. С этой точки зрения классификация почв — до сих пор важная задача, этому нужно учить студентов, но сегодня это уже прикладная область сельского хозяйства, а не передовая наука.

— Получается, кроме политических приложений в вашей работе много практики?

— В этом году я получил престижную европейскую премию Culture Award. Недавно мы общались с сельхозпроизводителями в Казахстане, и на мое предложение отметить премию по культуре, один из них сказал: «Я не знал, что ты еще и поёшь». На самом деле премия не имеет отношения к культуре. Это награда для ученых, которые занимаются не только фундаментальными, но и прикладными исследованиями, влияют на политические решения. Мне вручили ее за обоснование устойчивого землепользования для разных типов почвы. В течение многих лет мы работали в тропических странах. Проект был связан с обучением людей экологическим навыкам при работе на земле. Мы общались с разными целевыми группами, с лицами, принимающими решения, и пытались их убедить использовать научно обоснованные практики землепользования. Круг контактов, например, в Бразилии — от фермеров до министра окружающей среды.

Сейчас мы вовлечены в проект по управлению земельными ресурсами в степных регионах Алтайского края и Северного Казахстана. Там мы тоже работаем с фермерами, вместе с ними планируем и проводим эксперименты. Мы предлагаем им альтернативные стратегии по использованию доступных ресурсов. В этих регионах, чтобы сохранить плодородный слой, мы советуем не возделывать землю. У такого способа есть много преимуществ — практически нет эрозии, сохраняется влага. Недостаток метода — раз нет вспашки, то не повреждаются сорняки, то есть нужно использовать большое количество гербицидов. Если мы предложим способ сократить количество гербицидов, то фермерам это понравится. С точки зрения фермера, он не обязан в первую очередь заботиться об окружающей среде — у него экономические соображения на первом месте. Поэтому мы сотрудничаем и с экономистами, потому что в конечном итоге устойчивое землепользования должно быть устойчивым и экономически.

Фермеры, с которыми мы сотрудничаем, дают самые высокие урожаи. Они перешли на прямой (беспашенный) посев. И в Кулундинской степи на Алтае, и в Казахстане очень большая ветровая эрозия. В случае пахоты весь плодородный слой быстро сносит. А если сеять без пахоты, то этой проблемы нет. Для такого посева нужна специальная сеялка, но умельцы делают их и сами. Один фермер в Казахстане сделал такую сеялку из старых тракторов и доступных материалов и теперь успешно использует ее. В этом смысле мы многое узнаем от людей на местах: не только мы советуем им новые подходы, но и сами получаем новую информацию. Например, такая простая мера, как использование водозадерживающих лесополос, — мы увидели, что где-то их используют, а где-то нет. Позже поняли, что полезность такой полосы зависит от силы ветра и уровня влажности: там, где ветра слишком большие, а снега мало, полосы не имеют смысла.

Мы стараемся связать фундаментальные и прикладные исследования. В следующем году планируем использовать стабильные изотопы азота, чтобы понять, насколько эффективно используются те азотные удобрения, которые размещаются на полях. Также мы будем использовать изотоп кислорода 18О, чтобы разобраться, сколько воды из почвы в конечном итоге испаряется, а какая часть поступает в растения. Нужно сравнить разные варианты обработки почвы с точки зрения распределения влаги. Как ни странно, это до сих пор не известно.

— Назовите пять самых главных задач для современной науки о почвах.

— Связь между почвой и климатом. Мы уже говорили о том, что углерод, который хранится в почвах, может быть важным источником парниковых газов. Сегодня это тема номер один.

Эрозия почвы. Если мы теряем почву, мы теряем основу для земледелия. Несмотря на все успехи в гидропонике или других методах, чтобы прокормить восемь миллиардов человек на планете, человечеству нужна почва, по крайней мере, в перспективе ближайших ста лет. Я с удовольствием приезжаю летом в Красноярск, чтобы попробовать домашние помидоры или огурцы, выращенные в натуральном грунте. В супермаркете таких не купишь. У почвы много секретов, которые мы еще не раскрыли. В первую очередь речь идет о биохимии. Растению нужны не только основные питательные вещества — углерод, азот, фосфор. В почве содержатся самые разные биологически активные вещества, которые могут влиять на рост. Тонкости всех процессов в этой сложной системе мы еще не изучили.

Функция почвы по очистке воды. Почвы предотвращают загрязнение грунтовых вод. Это очень важная тема для многих промышленных регионов. Мы должны понимать, как происходит очистка, и, возможно, научиться управлять этим процессом. Очевидная проблема связана с тем, что если почва очищает воду, то она накапливает загрязняющие вещества. Если их слишком много, почва непригодна для других использований.

Я бы посоветовал многим посмотреть на Китай. Они очень прагматичны. Уровень загрязнения окружающей среды за последние несколько десятков лет был очень большой, но они полностью изменились в последние годы. Города становятся чище, закрываются грязные производства, идет движение в сторону высоких технологий. При этом почва в Китае считается важным стратегическим ресурсом. В Китае находятся крупнейшие центры по исследованию почвы, оборудованные лучше, чем многие институты в Германии.

Технологические применения. Многие соединения в почве имеют способность связывать и хранить вещества. Например, здесь, в Красноярске, в Институте химии и химической технологии СО РАН, ученые специально получают наночастицы для того, чтобы нейтрализовать загрязняющие вещества. Синтезированная в лаборатории частица в каком-то смысле идеальна. В почве же многие соединения имеют более высокую реакционную способность, потому что в них есть разные примеси. Так что нам нужно учиться у природы.

Лекарственные препараты и биологически активные соединения. Как и в случае наночастиц, природа может научить нас многому. С недавних пор перевозка образцов почвы очень жестко регламентируется, в первую очередь из-за ее биологических свойств. С одной стороны, из любой почвы можно извлечь и вырастить очень токсичные виды бактерий. Нужно только уметь их культивировать. С другой — крупные компании используют образцы почвы для выделения биологически активных соединений. Это предмет для патентования и последующих доходов.

Астробиология. Еще одно интересное направление, пусть актуальных тем будет шесть, а не пять. Рано или поздно перед человеком встанет задача колонизации Марса или Луны. Я участвую в проекте, который реализуется в пустыне Атакама, самом сухом месте на планете. Считается, что Атакама в чем-то является аналогом Марса. Вспомните художественный фильм, где астронавт выращивал картофель на Марсе. Это не фантастика. В Атакаме мы исследуем состав почвы, скорость выветривания, закономерности миграции питательных элементов. 20—30 лет назад люди думали, что это мертвое место. Но там есть жизнь, в почве протекают биогеохимические процессы. Рано или поздно на Марсе будет сельское хозяйство с использованием марсианской почвы.

— Нарисованная вами картина современного почвоведения несколько отличается от часто встречающегося мнения, что это если и не наука вчерашнего дня, то что-то далекое от мейнстрима.

— Исследования почвы — актуальная как никогда сфера деятельности. Выпускники нашего факультета всегда находят работу. Ситуация изменилась за последние годы. 20 лет назад все думали, что все известно, почвоведение мертво. Но это не так. Да и границы дисциплин сейчас стираются. Я уже упоминал, что, работая с почвой, мы выходим в сферу нанотехнологий.

Если говорить про публикации, то почвоведы очень успешны в конкуренции с другими науками. В нашем университете всего лишь один высокоцитируемый ученый, и он не физик или химик, а почвовед — это я. Во многом благодаря тому, что мои исследования связаны с темой изменения климата. Но надо отметить, что работы по судьбе органического вещества в почвах я начал еще в своей диссертации, когда многие продолжали старомодные эксперименты по обогащению почвы питательными веществами.

На самом деле в России еще в 60-е годы прошлого века занимались близкой тематикой. Тогда Россия все еще лидировала в этой области исследований. Сегодня, к сожалению, нет. Даже почвоведение стало дорогой наукой. Для работы на передовом крае нужны дорогие приборы, работа со стабильными изотопами. Не многие лаборатории экологической тематики могут себе такое позволить. Но здесь, в Красноярске, сейчас отличное оборудование.

— То есть вам удалось создать в Красноярске центр по исследованию почвы. Получается, сюда нужно привозить лучших ученых со всей страны?

— Не уверен насчет России, но всю Сибирь — точно. Сейчас мы ищем возможности для интеграционных проектов. Подобные проекты могут существовать только за счет привлеченных средств. Ведь, даже если ученый приедет в Красноярск, для измерения на приборе нужны деньги — цена одного анализа в зависимости от цели исследования может достигать семи евро.

По правилам мегагранта мы будем еще три года подавать отчеты, демонстрируя, что лаборатория устойчиво существует. Сейчас основной источник финансирования — хоздоговоры и гранты. Но в будущее мы смотрим с оптимизмом. Дело в том, что у нас есть не только приборы, которые сами результат не получат и статью не напишут. Главное — у нас есть идеи, что мы будем делать!

Егор Задереев

«Невероятно», «немыслимо», «отвратительно», «ужасно» – это примерно те выражения, в которых новосибирцы живописуют свои впечатления от весны 2018 года. Сибирь, конечно, край суровый, однако трудно вспомнить, чтобы под Новосибирском в конце мая березы и тополя стояли голыми. В этом году, действительно, с погодой что-то «не срослось». Причем, самое обидное, что в то время, как в Якутии стоит двадцатиградусная жара, жители Новосибирской области зябнут от холода. Полеводы вынуждены отложить посев зерновых из-за мокрой и холодной почвы. Дачники тем временем с тревогой следят за своими плодовыми деревьями и затягивают с посадкой картофеля.

Насколько необычна нынешняя весна для нашего региона, и что от нее ожидать садоводам и огородникам? За ответом мы обратились к специалистам-растениеводам, имеющим многолетний опыт работы с овощными и плодово-ягодными культурами.

Первое, о чем они заявляют в один голос: эта весна для нашего региона по всем признакам является совершенно аномальной.

«За тридцать пять лет ничего подобного не было», – замечает старший научный сотрудник ЦСБС СО РАН Ирина Боярских. По ее словам, по сумме активных температур нынешний май оказался самым «низким» за тридцатипятилетний период наблюдений.

Речь, в данном случае, не идет об экстремально низких температурах. Сильные ночные заморозки могут в наших краях сохраняться до начала июня. Проблема в том, что в течение всего мая температуры не поднимались до нормальных для этого времени года значений. По этой причине происходит задержка с распусканием почек и с цветением.

Теперь вся надежда садоводов – на нормальное лето и теплый сентябрь, считает Ирина Боярских. Причем, многое будет зависеть именно от сентября. Поскольку фенологические фазы серьезно сдвинулись (почти на месяц), то для успешной подготовки растений к зиме осень должна быть без аналогичных погодных «сюрпризов». Прохладное лето и холодный сентябрь могут оставить нас не только без урожая в этом году, но и в следующем. Правда, пока что говорить что-то однозначно рано. При нормальном лете растения способны «наверстать» упущенное и заложить урожай на будущий год. Во всяком случае, по ягодным кустарникам проблем может и не быть. Так что надежда на благоприятный исход есть.

Такое же изумление (и даже легкий шок) вызвала нынешняя весна у профессиональных садоводов.

«За 40 лет моей профессиональной деятельности я не припомню такой холодной весны. До сих пор не цвела черемуха, и это для нас – нонсенс», – говорит кандидат сельскохозяйственных наук, владелец КФХ «Сады Шубиной» Людмила Шубина.

В настоящее время, отмечает она, начинают потихоньку зацветать жимолость и смородина, однако насекомые-опылители (шмели, пчелы), которые обычно активны в это время года, еще никак себя не проявили. На территории хозяйства, кстати, есть своя пасека, однако пчелы, по словам Людмилы Шубиной, очень неохотно вылетали из своих жилищ. На завязывании плодов у раноцветущих растений (включая также сливу и вишню) это может сказаться негативно, считает она. Ее прогноз – год обещает быть не очень урожайным. Опять же остается надеяться на теплое лето, особенно на теплый июнь, который может «помочь» растениям всё наверстать. В противном случае плохой прогноз сбудется.

При этом на удивление хорошо показывает себя тепличный виноград. Напомним, что в КФХ «Сады Шубиной» виноград выращивают как в открытом грунте, так и в теплицах. В открытом грунте, отмечает Людмила Шубина, виноград «отстает» по срокам как минимум на пару недель – к 30 мая почки только-только набухли, но еще не распустились. Что касается тепличного винограда, то некоторые сорта во второй половине мая уже… зацвели (в открытом грунте в наших краях это обычно происходит в середине-конце июня). Фактически, условия для винограда в теплице сопоставимы с условиями Ростовской области, даже невзирая на нашу аномально холодную весну. Данное обстоятельство еще раз убеждает нас в том - специально подчеркивает Людмила Шубина, - что выращивание винограда в теплице – одно из самых надежных и выгодных направлений в сибирском садоводстве.

Нынешняя весна привела в замешательство и овощеводов. «На моей памяти такого еще не было», - отметила заведующая лабораторией селекции, семеноводства и технологий возделывания овощных культур и картофеля СибНИИРС Татьяна Штайнерт. По ее словам, конец мая в этом году по погодным условиям соответствует началу мая, поэтому вегетация овощных культур оттягивается примерно на месяц. Высадку рассады в открытый грунт решено отложить до 12 июня. В принципе, ничего особо страшного еще не произошло, считает ученый. Растения сейчас, по образному выражению Татьяны Штайнерт, похожи на сжатую пружину. То есть в потенциале у них все в порядке. Теперь осталось лишь дождаться теплой погоды, чтобы продолжился нормальный рост. И в принципе, при хороших условиях они проявят себя как надо, и плоды созреют в срок. То есть всё опять же зависит от того, каким будет нынешнее лето. Конечно же, такая ненормальная весна дала овощеводам массу неприятных впечатлений. «Однако мы стараемся смотреть на будущее с оптимизмом», – заметила Татьяна Штайнерт.  

Для старшего научного сотрудника ЦСБС СО РАН Юрия Фотева (также специализирующегося на селекции и интродукции овощных культур) нынешняя аномальная весна является еще одним аргументом в пользу защищенного грунта. «Нам это просто необходимо», – уверенно заявляет он.

Даже в пленочных теплицах, по его наблюдениям, температура почвы на глубине 10-15 см. на конец мая не поднималась выше восьми градусов. Для растений это совсем нехорошо. Что уж тогда говорить об открытом грунте? В любом случае в теплицах заметно снижаются риски, считает Юрий Фотев. Спрогнозировать аномальную весну, конечно же, невозможно, однако в тепличных условиях мы в состоянии хоть немного скорректировать температурный режим. Даже температуру почвы можно повысить на пару градусов, покрыв ее обычной прозрачной пленкой.

Таким образом, неожиданные погодные «сюрпризы» вынуждают нас, сибиряков, быть во всеоружии. По замечанию климатологов, такая холодная весна была примерно 50 лет назад, где-то в конце 1960-х. Если подобная аномалия будет происходить раз в полвека, то повода для отчаяния нет. Сибирь в этом плане, кстати, совсем не исключение. В практике европейских садоводов похожие неприятности также происходят время от времени (холодная весна с сильными заморозками, аномально холодные зимы, слишком дождливая осень). Поэтому мы рискуем здесь ничуть не больше.

Олег Носков

«Наука сейчас становится цифровой, и вместе с ней меняются научные журналы, меняется их роль в жизни ученых», — уверен вице-президент РАН Алексей Хохлов. По его словам, центр тяжести смещается от собственно публикации статьи к возможностям распространения этой публикации. В этой связи Академии наук как учредителю и соучредителю 162 научных журналов (РАН финансирует 140 из них, выделяя 132 млн в год) нужно менять подходы к их изданию и распространению. Придется меняться и самим журналам.

Речь идет прежде всего о модернизации редакционной и издательской работы, использовании всех новейших технологий в работе с рукописями и дальнейшем пути публикации от автора к читателю. В техническом задании по конкурсам на второе полугодие Академией наук были сформулированы требования к издательствам, претендующих на издание журналов РАН. В частности, они должны обеспечить возможность электронного документооборота: онлайн-подачу рукописей и онлайн-рецензирование, размещение дополнительных материалов на сайтах журналов.

Идет работа над тем, чтобы была задействовала опция Online First: после принятия статьи к публикации и внесения необходимых правок редакцией и автором публикация могла бы быть выложена со своим DOI в свободном доступе на сайте журнала. На встрече редакторов физико-математических и естественно-научных журналов речь шла также о том, чтобы в дальнейшем перейти на электронные подписи авторов.

С 1 января 2018 года издательство «Наука» уже не могло участвовать в конкурсе на издание журналов РАН, так как у него накопился многомиллионный долг перед налоговыми органами и другими организациями. Академии наук пришлось искать другое решение. В первом полугодии издание журналов РАН обеспечивало издательство «РИПОЛ-медиа», заключившее договор подряда с «Наукой».

В апреле прошли аукционы на издание журналов во втором полугодии 2018 года. Как сообщил академик РАН Алексей Хохлов на пресс-конференции в РИА «Новости» 16 мая 2018 года, по группе гуманитарных и междисциплинарных журналов победителем признано ООО «Интеграция: образование и наука», связанное с Государственным академическим университетом гуманитарных наук (ГАУГН). По остальным группам аукцион выиграло издательство «Академкнига» (связанная с компанией Pleiades Publishing), специализирующееся на издании научной и учебной литературы.

Переводом на английский язык и распространением переводных версий многих журналов РАН будет по-прежнему заниматься компания Pleiades, заключившая с Springer/Nature соглашение о распространении пакета переводных журналов РАН по крупнейшим научным библиотекам мира.

Сейчас идет работа над заключением новых договоров между редакциями журналов и Академией наук. Согласно им, все авторские права на изданные статьи на русском языке будут принадлежать РАН, а не издательствам или каким-то другим компаниям.

В случае переводных журналов каждый автор заключает договор с Pleiades или какой-то другой компанией только на перевод своей статьи и ее распространение на английском языке.

Научно-издательским отделом РАН была принята программа по продвижению научных журналов РАН, разработанная с помощью компаний Springer и Pleiades. Она предусматривает оцифровку всего массива статей в журналах РАН за все годы их издания, публикацию в режиме Open Access или гибридном, обеспечение сервиса SharedIt (когда автор может послать ссылку на свою статью своим коллегам для бесплатного ознакомления), включение журналов в различные базы данных научного цитирования помимо Scopus и WoS.

Как отмечает ученый секретарь Научно-издательского совета РАН Андрей Назаренко, те журналы РАН, которые выпускаются с господдержкой, с января 2018 года находятся в открытом доступе с возможностью скачивания (кроме статей за последний год) на сайте Elibrary.ru и на сайте «Науки», а текущие версии — в режиме ознакомления.

Наиболее сложный вопрос происходящих перемен: что будет с сотрудниками редакций журналов, ведь многие из них работают в штате издательства «Наука». Здесь Академия наук предлагает три возможности: 1) работу по субподряду между победителем аукциона и «Наукой»; 2) переход сотрудников «Науки» в штат издательства, победившего на аукционе; 3) перечисление денег институту, в котором работают сотрудники редакции. «Мы заинтересованы в том, чтобы сохранить всех высококвалифицированных сотрудников, и в увеличении их зарплаты», — заявил академик Хохлов на пресс-конференции.

Редакции журналов не может не лихорадить, если победители аукционов — издательства — будут меняться каждые полгода, да и самим издательствам не хочется вкладывать деньги в бизнес, который рассчитан лишь на полгода. Академия наук намерена работать с Госдумой и Советом Федерации для внесения изменений в законодательство, чтобы в области издания научных журналов можно было проводить не электронные аукционы (где речь идет только о том, кто предложит наименьшую стоимость услуг), а конкурсы (где можно задавать требования на качество продукции) и чтобы такие конкурсы проводились раз в год или еще реже.

Наталия Демина

Минувший год стал знаменательным для энергетики Европы: впервые в истории доля энергии от возобновляемых источников превысила долю энергии, вырабатываемой угольными электростанциями. Так, в прошлом году на ветряных, солнечных и биотопливных электростанциях в странах ЕС было выработано 20,9% электроэнергии. Это на 0,3% больше, чем приходится на долю угольных ТЭС. Динамика роста ВИЭ, отмечают эксперты, впечатляюща, поскольку еще пять лет назад угольная генерация превосходила долю альтернативной энергетики вдвое.

Успех ВИЭ в Европе, судя по всему, так воодушевил некоторых политиков, что в настоящее время примерно двадцать стран решили совсем отказаться от угольных электростанций к 2030 году. В их числе: Дания, Италия, Финляндия, Франция, Португалия, Нидерланды, Великобритания, Австрия, Бельгия, Канада, Новая Зеландия, а также (как ни странно) Эфиопия и Ангола. Как мы понимаем, чисто формально главным мотивом такого решения объявляется стремление снизить выбросы парниковых газов.

Впрочем, не все ведущие страны готовы примкнуть к этому «зеленому клубу». Китай, США, Германия и Россия пока не собираются сворачивать свою угольную генерацию. И, возможно, в том есть резон. В частности, в США ищут способ экологически безопасного сжигания угля. По тому же пути идет Германия. И того же стоит ожидать от Китая.

У нашей страны в этом вопросе, как всегда, – свои «особые» аргументы. Большая часть российских территорий имеет довольно продолжительный отопительный сезон, и поэтому выработка тепла является одной из жизненно важных задач. Иначе говоря, без использования традиционных источников энергии нашим городам просто не выжить в зимний период.

Что касается угля, то огромные запасы этого топлива (которых должно хватить на 500 лет) и его относительная дешевизна дают ему неоспоримые преимущества не только перед ВИЭ, но и перед природным газом.

В принципе, когда наши противники альтернативной энергетики приводят свои доводы в пользу угольной генерации, они во многом оказываются правы. Правда, при одном условии: если сжигать уголь «по-современному», с учетом как экологических требований, так и требований к эффективности работы самих энергетических установок. В современных условиях, когда американцы внедряют технологии «чистого угля» и переходят на супер-сверхкритические параметры пара, отказ от серьезной модернизации угольной энергетики невозможно оправдать никакими доводами.

Выполняются ли у нас эти требования? На сегодняшний день такая постановка вопроса является ключевой. Совсем недавно новосибирская общественность была взбудоражена сообщением о том, что компания «СИБЭКО» (после покупки контрольного пакета акций «Сибирской генерирующей компанией») занялась переоборудованием ТЭЦ-5 под сжигание бурого угля. В руководстве компании подтвердили, что переход на данный вид топлива начнется уже с этого года. Точнее, планируется повсеместный переход на бурый уголь (взамен каменного). Судя по всему, это решение окончательное и пересмотру подлежать не будет. Основной мотив для такого решения, конечно же, чисто экономический – тонна бурого угля может обойтись дешевле где-то на 15-25 процентов, чем тонна каменного угля. К тому же у СГК есть успешный опыт использования этого топлива в Красноярске и, скорее всего, давно уже выстроены хорошие отношения с поставщиками.

Общественность настораживает тот факт, что в силу более низкой теплотворности бурого угля его придется сжигать больше и, соответственно, в атмосферу будет поступать больше выбросов. По приблизительным расчетам (которые подтверждаются специалистами СГК) объемы сжигания могут увеличиться от 15 до 30 процентов. Учитывая, что экологическая обстановка в Новосибирске и без того не особо радует, дополнительные выбросы в атмосферу воспринимаются как очень неприятный «сюрприз» от нового владельца компании. Причем, в настоящее время – по словам начальника службы мониторинга окружающей среды Западно-Сибирского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Любови Синявской – 70% от валового выброса приходится на энергетические предприятия, где в первых рядах как раз значатся объекты «СИБЭКО». Отсюда резонный вопрос: тот ли это путь, по которому решило пойти руководство компании? Так ли вообще должно происходить перевооружение энергетических объектов в век высоких технологий и высоких экологических требований?

Понятно, что никаких радикальных подходов к модернизации угольных электростанций мы в ближайшее время не увидим. В то же время заместитель технического директора СГК Константин Кушнер, выступая 21 марта в пресс-центре ТАСС-Новосибирск, уверил журналистов в том, что хуже в любом случае не будет, а может, с экологической точки зрения будет даже еще лучше. Он заметил, что бурый уголь в этом отношении не представляет собой ничего опасного в сравнении с каменным углем. Он также сослался на опыт сжигания бурого угля на Красноярских ТЭЦ, где осуществляется двойной контроль за качеством топлива – один на разрезах, а другой – на самой станции.

А все панические высказывания насчет опасности бурых углей Константин Кушнер считает надуманными и намеренно разжигаемыми людьми, не имеющими реальных объективных данных для подобных заявлений. Поэтому, считает он, с переходом на этот вид топлива «никаких существенных влияний на экологию Новосибирска не произойдет».

В принципе, с точки зрения специалистов, решить проблему выбросов в нынешних условиях нашим энергетикам вполне по силам (во всяком случае, на уровне существующих требований). Здесь, действительно, проблему можно особо не раздувать.  Если со стороны государства будет осуществляться надлежащий контроль, то никаких ужасных перемен горожане из-за этого не почувствуют. И здесь Константин Кушнер нисколько не лукавит.

Настораживает другой момент, сугубо экономический. Во-первых, не совсем понятно, как соотносится относительная дешевизна бурых углей с общим увеличением объемов поставок, да еще с достаточно большим транспортным плечом? Здесь же возникают и вопросы с логистикой. Во-вторых, перенастройка оборудования и создание оптимальных условий хранения (а бурый уголь, кстати, склонен к самовозгоранию) требует немалых капитальных затрат. Так что с экономикой не так всё просто, как нам объявляют. За чей счет, например, будут окупаться капитальные затраты? Для жителей Новосибирска, не так давно «отбивших» решение о резком повышении тарифов на тепло, этот вопрос совсем не праздный. В воздухе, что называется, пахнуло вторым раундом борьбы энергетических монополистов с потребителями.

В этой связи невольно возникает подозрение, что такой резкий переход сибирской угольной генерации на бурые угли связан с особой экономической стратегией, когда более качественный каменный уголь рассматривается как экспортное сырье (например, для продажи в соседний Китай). Для «своих» же оставляется то, что подешевле и, соответственно, похуже. С точки зрения «высоких государственных интересов» тут есть некий резон – хотя бы в том, что зарубежный покупатель платит твердой валютой, а российские потребители – «деревянным» рублем.

Конечно, речь совсем не идет о том, чтобы отказаться от использования бурого угля. Как заметил заведующий лабораторией экологических проблем теплоэнергетики Института теплофизики СО РАН Александр Шторк, бурый уголь, безусловно, нужно использовать внутри страны, тем более что его запасы очень велики. Однако, подчеркнул ученый, это необходимо делать на высоком технологическом уровне, используя соответствующие научные разработки, в том числе связанные с повышением эффективности сжигания топлива, а стало быть, с повышением КПД котлов. Такие разработки у специалистов ИТ СО РАН, есть (например, технологии ультратонкого помола угля). И наши ученые готовы рассмотреть с представителями компаний вопрос применения своих разработоккак в малой, так и в большой энергетики Сибири. Судя по всему, именно сейчас общественно-политическая ситуация должна подтолкнуть наших энергетиков к такому сотрудничеству.

Олег Носков

В общественных выступлениях представителей научных организаций и научно-популярных статьях в СМИ всё чаще всплывает понятие «Новая физика», к которой, как нам обещают, мы вот-вот придем. Что же это такое? Выход за пределы Стандартной модели, бозон Хиггса, темная материя, гравитационные волны? Как она изменит «старую» физику и нашу жизнь? С этими вопросами мы обратились к заведующему теоретическим отделом Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН доктору физико-математических наук Александру Ильичу Мильштейну. 

— Что же собой представляет Новая физика?

— Люди часто путают понятия «Новая физика» и «новое явление». Первое — это то, что невозможно объяснить в рамках стандартных представлений. Однако если ты в данный конкретный момент не можешь что-то объяснить, то вовсе не обязательно, что ты нашел новую физику. В последнее время в истории науки она проявлялась всего несколько раз. Создание теории относительности и квантовой механики привело к революции в научном мировоззрении. После того, как были сформулировали физические законы этих наук, нужно было научиться описывать бесконечное количество явлений вокруг нас. Было много случаев, когда люди что-то открывали и никак не могли объяснить. Могло пройти и 20, и 50 лет, и потом обнаруживалось, что всё объясняется в рамках квантовой механики или теории относительности. Так, между открытием явления сверхпроводимости и созданием теории Бардина, Купера и Шриффера, описывающей его в рамках квантовой механики, прошло более сорока лет. 

Таких явлений, которые до конца еще не поняты, вокруг нас очень много. Например, высокотемпературная сверхпроводимость. Материалы уже умеют делать, активно используют, область применения быстро расширяется, а последовательной теории до сих пор нет. Здесь присутствуют технические трудности, но нет сомнения, что всё будет объяснено в рамках квантовой механики.

На мой взгляд, надо просто заниматься исследованиями, если повезет — найдешь что-нибудь интересное и полезное, и вовсе не обязательно это должна быть Новая физика.

Люди, которые изучают гидродинамику, теплофизику или физику конденсированных сред, не занимаются поиском выходов за пределы Стандартной модели, но открытые ими новые явления преобразуют жизнь вокруг нас. Быстродействующие компьютеры, жидкокристаллические экраны, сотовые телефоны, ракеты — всё это квантовая механика и атомная физика, никакой Новой физики здесь нет. 

— Мы выяснили, что не является Новой физикой, а что же будет ею являться?

— Например, есть теория относительности, которая говорит, что невозможно превысить скорость света. Представьте себе: вы обнаружили сигнал, который движется с большей скоростью. Это будет Новой физикой, поскольку противоречит в принципе нашим представлениям. Или мы обнаружили, что нарушилось соотношение неопределенностей, которое в квантовой механике должно выполняться: тогда это Новая физика. Любая теория имеет область применимости. Была классическая механика, потом ее заменила релятивистская классическая механика, но это не значит, что классическая механика неправильная, она просто имеет область применимости, которая ограничена скоростями: малыми по сравнению со скоростью света. Потом возникла общая теория относительности, релятивистская квантовая механика. Существует принцип соответствия, при котором одни предсказания переходят в другие, не отменяя предыдущих законов в области их применимости. 

Люди надеются найти что-то принципиально новое в астрофизике, в космологии. Там, к сожалению, невозможно сделать эксперимент, доступны лишь наблюдения. Мы наблюдаем звезды, видим взрывы сверхновых, к нам приходят гравитационные волны. Была ли регистрация гравитационных волн Новой физикой? Конечно, нет. Этот великолепный эксперимент, продемонстрировавший мощь человеческих возможностей, подтвердил предсказания общей теории относительности, полученные сто лет назад. С другой стороны, история науки показывает, что открытие может произойти в любом месте, и его нельзя предсказать. Если бы мы ставили перед собой задачу: «В следующем квартале откроем новую элементарную частицу» — это было бы уже производством, а не наукой.

— Но есть же теории, которые, как предполагают, могут привести к этой самой Новой физике? Суперсимметрия, теория объединенных взаимодействий, теории с сильной гравитацией…

— Идей, вокруг которых образовывались эти теории, не так много. Например, суперсимметрия. Можно построить суперсимметричную теорию в простейшем виде, а если предсказания не будут совпадать с экспериментом, то сделать обобщение, добавить еще частиц, увеличить массу. Но все эти обобщения никаких принципиально новых идей не содержат, потому что новые идеи сгенерировали люди, которые сделали первый шаг. Был такой знаменитый физик-теоретик Чжэньнин Янг, который создал теорию неабелевых калибровочных полей (поля Янга — Миллса), являющуюся сейчас одной из самых популярных теорий в физике элементарных частиц. Так вот, он говорил, что для него перейти от абелевой калибровочной теории, открытой Германом Вейлем в начале двадцатого века, к неабелевой не составляло психологических трудностей. Психологический барьер был у Эйнштейна, когда он сказал, что не может быть скорости больше скорости света, у Гейзенберга, который сказал, что есть соотношение неопределенностей, и мы не можем однозначно предсказать будущее. Когда ты преодолеваешь какой-то психологический барьер, то это и есть Новая физика.

К открытию Новой физики может привести постоянное желание исследователей проникнуть в структуру материи.

Сначала открыли, что атом состоит из электронов и ядра, потом – что ядро состоит из протонов и нейтронов, затем — что протоны и нейтроны состоят из кварков. Обнаружили также много других частиц, состоящих из кварков, а также их античастицы и еще нейтрино, аналоги электрона, калибровочные бозоны — всё то, что составляет сейчас основу Стандартной модели. Так возникло устойчивое ощущение, что надо копать вглубь, а для этого необходимо строить мощные ускорители элементарных частиц и ставить на них эксперименты, чем физики сейчас и занимаются.

— То есть получается, сейчас никакой Новой физики нет?

— Пока нет. Поэтому сегодня в английском языке появилось много слов, которые обозначают родственные вещи, но дают человеку оправдание, если его мысль не оказалась правильной. Есть слово «discovery» — открытие, а есть «evidence»– указание на открытие, но указание не обязательно приведет к самому открытию. А есть еще слово «hint» — намек. Мы ищем, смотрим, пытаемся объяснить, а к чему придем – будущее покажет.

— Что позволяет предполагать, что Новая физика вообще существует? Какие-то явления настолько выбиваются за рамки стандартной модели?

— Надежных указаний на это нет, но есть вещи, которые мы совсем не понимаем — барионная асимметрия Вселенной, темная материя…

— А как же бозон Хиггса?

— Открытие бозона Хиггса никакого отношения к Новой физике не имеет. Бозон был предсказан Питером Хиггсом и еще несколькими физиками. Вначале это была игра ума для преодоления трудностей в теории. Существовало несколько похожих теорий, одна оказалась правильной (теория Вайнберга — Салама), а другие нет. В настоящий момент эксперименты полностью подтверждают предсказания теории Вайнберга — Салама. Но для этого было необходимо погружаться всё глубже и глубже и в теорию, и в эксперимент. Каждый раз, когда возникало отличие теории от эксперимента, люди говорили: вот это — Новая физика. Но в результате более тщательного исследования предсказания совпадали с экспериментом. Но это не так уж и важно. Я бы сравнил поиск Новой физики с экспедицией Колумба. Он искал новый путь в Индию — открыл Америку. Если ты ставишь перед собой амбициозные задачи, проводишь сверхточные эксперименты, создаешь установки на грани возможностей сегодняшних технологий, то всегда есть шанс открыть что-то важное. В худшем случае, если не откроем Новую физику, то процитируем Мольера: «Эликсир жизни не получился, но получилась отличная мастика для полов».

Беседовала Диана Хомякова

Совместные исследования биологов и математиков за последние десятилетия стали привычными (как известно, чаще всего выдающиеся результаты сейчас получают «на стыке наук»). Одним из результатов этого союза стало возникновение новой научной дисциплины – математической биологии: раздела науки, который занимается исследованием биологических систем во всех их аспектах методом математического моделирования.

В ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» развитием этого направления занимаются, в частности, сотрудники лаборатории молекулярно-генетических систем д.б.н. Виталий Лихошвай и д.б.н. Тамара Хлебодарова. Они изучают свойства молекулярно-генетических систем как динамических объектов: описывают их структурно-функциональную организацию, формализуют в виде систем дифференциальных уравнений и изучают динамические режимы их функционирования.

Рассматривая организмы как динамические саморазвивающимися системы, исследователи отмечают их внутреннюю неустойчивость, поскольку одним из факторов генерации хаоса в системе являются регуляторные механизмы по типу обратной связи, которые широко распространены в живых системах на всех уровнях их организации, в том числе и на молекулярно-генетическом. Еще одним важным фактором внутренней нестабильности исследователи считают запаздывания регуляторных сигналов, т.е., наличие промежутка времени от момента генерации регуляторного сигнала до момента его воздействия на мишень. Наличие этих факторов в клетке обусловлено самой природой существующей системы переноса наследственной информации, закодированной в ДНК, в структуру клетки. Это очень сложный, многоступенчатый, продолжительный по времени процесс, одним из компонентов которого являются рибосомы. Они синтезируют все белки, включая самих себя, и те, что занимаются утилизацией ранее созданных, но уже не нужных клетке белков.

Получается, что клетка является автокаталитической системой, в которой одновременно протекает два процесса – позитивный и негативный, – которые могут быть источником возникновения очень сложной, в том числе, и хаотической динамики. И эта возможность заложена в структуре самой клетки!

В этой связи возникают вопросы не только о роли хаоса в функционировании живых систем (позитивного или негативного), но и о том, как клетка, несмотря на внутреннюю неустойчивость, эволюционно решила проблему стабилизации своей структурно-функциональной организации.

Поиском ответов на эти вопросы и занимаются сотрудники лаборатории молекулярно-генетических систем. В числе их свежих результатов, статья в MOLECULAR PSYCHIATRY.

– Эта статья продолжает цикл наших исследований изучения взаимосвязей между структурно-функциональной организацией системы и ее динамическими свойствами, – рассказала Тамара Хлебодарова. – В данном случае мы исследовали процесс локальной трансляции, протекающий в синапсе.

Синапсом называют часть клетки, через которую происходит контакт между нейроном, передающим электрический сигнал, и другой клеткой — например, вторым нейроном, принимающим сигнал, или клеткой мышечной ткани, приводимой в действие этим сигналом. Использование в качестве модели синапса, а не клетки в целом, позволило ученым рассмотреть трансляцию (процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной РНК, осуществляемый рибосомой) в отдельности, вне связи с процессами транскрипции и регуляции клетки в целом.

Такое упрощение модели позволяет получить более четкие результаты, уверен Виталий Лихошвай:

– Если мы попробуем описать клетку во всем ее многообразии, которое придумала природа, нам придется сделать модель, учитывающую так много параметров, что мы просто никогда не получим результат.

Чем же важна модель именно этой части клетки и процессов в ней протекающих? Эта крохотная часть клетки играет на самом деле огромную роль, на ней основана работа нашей нервной системы и мозговая деятельность, связанная, в том числе, и с процессами формирования памяти. Существует предположение, что целый ряд нейропсихических заболеваний (аутизм, эпилепсия, болезнь Паркинсона и др.) связан с нарушениями в работе синапсов пирамидальных клеток мозга. В опубликованной в MOLECULAR PSYCHIATRY статье новосибирские ученые высказали гипотезу, что причиной заболеваний, связанных с нарушением работы синапсов, может быть динамический хаос в системе локальной трансляции. Это предположение требует дополнительной проверки, но если это подтвердится, то модель, построенная новосибирскими учеными, поможет разобраться в самой природе этих нарушений. Что, в свою очередь, является необходимым условием для поиска эффективных способов его устранения.

Пресс-служба ФИЦ «ИЦиГ СО РАН»

Исследователи из МФТИ и Университета Тохоку (Япония) смогли объяснить парадоксальное явление взаимного уничтожения частиц и античастиц в графене, которое известно специалистам как оже-рекомбинация. Долгое время оно считалось запрещенным фундаментальными физическими законами сохранения импульса и энергии, но упорно наблюдалось в экспериментах. Теоретическое обоснование этого процесса представляло до недавнего времени одну из сложнейших загадок физики твердого тела. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B.

В 1928 году Поль Дирак теоретически предсказал, что у электрона существует двойник, не отличающийся ничем, кроме знака электрического заряда. Эту частицу, названную позитроном, вскоре открыли экспериментально. Спустя несколько лет ученые осознали, что носители заряда в полупроводниках — кремнии, германии, арсениде галлия и многих других — также ведут себя подобно электронам и позитронам. Так, в полупроводниках есть два типа носителей с противоположным зарядом (их называют электронами и дырками), они могут взаимно уничтожаться (рекомбинировать) с высвобождением избытка энергии. Рекомбинация электрона и дырки с излучением света составляет принцип работы полупроводникового лазера, основного прибора современной оптоэлектроники.

Излучение света является не единственным возможным исходом при столкновении электрона и дырки в полупроводниках. Часто освобождающаяся энергия может быть потеряна на раскачку соседних атомов или подхвачена пролетающим мимо электроном. Последний процесс называется оже-рекомбинацией и является главным «киллером» электрон-дырочных пар в лазерах. Он назван в честь Пьера Оже — французского физика, исследовавшего эти процессы. Разработчики лазеров стремятся усилить вероятность излучения света при столкновении электрона и дырки и ослабить все другие процессы.

Огромным воодушевлением для оптоэлектроники полупроводников было предложение использовать графен в качестве материала для полупроводниковых лазеров, высказанное выпускником МФТИ Виктором Рыжим. По изначальной теоретической идее, оже-рекомбинация в графене должна быть запрещена законами сохранения импульса и энергии. Математически эти законы сохранения выглядят схожим образом для электрон-дырочных пар в графене и для электрон-позитронных пар — в оригинальной теории Дирака. Запрет же рекомбинации электрона и позитрона с передачей энергии третьей частице был известен очень давно.

Однако в графене эксперименты упорно демонстрировали быстрое взаимное исчезновение частиц и античастиц, электронов и дырок. По всем внешним проявлениям это исчезновение шло по сценарию Оже. Более того, время исчезновения пар в эксперименте составляло менее пикосекунды — и это в сотни раз быстрее, чем в используемых сейчас оптоэлектронных материалах. Эксперимент предрекал огромные трудности в реализации лазера на основе графена.

Исследователи из МФТИ и Тохоку выяснили, что запрещенное классическими законами сохранения исчезновение электронов и дырок в графене разрешается в квантовом мире благодаря соотношению неопределенностей «время — энергия». Согласно ему, закон сохранения можно нарушить на величину, обратно пропорциональную времени свободного пробега частицы. А время свободного пробега электрона в графене является довольно коротким, так как электроны представляют собой плотную «кашу». В современной квантовой физике существует мощный метод неравновесных функций Грина, который позволяет систематически учесть неопределенность энергии частицы. Этот метод и был применен авторами работы для расчетов вероятности оже-процесса в графене. Результаты показали хорошее согласие с экспериментальными данными.

«Эта задача была вначале похожа на математическую головоломку, а не на обычную физическую проблему, — рассказывает Дмитрий Свинцов, руководитель лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов МФТИ, — Привычные законы сохранения разрешают рекомбинацию только если все три частицы — участницы процесса движутся строго в одну сторону. Вероятность такого события — как отношение объема точки к объему куба, она стремится к нулю. К счастью, мы вовремя перешли от абстрактной математики к квантовой физике, где частица не имеет строго определенной энергии. И тогда вероятность процесса оказалась конечной и достаточной для экспериментального наблюдения».

Работа не только объясняет возможность запретного процесса оже-рекомбинации, но и указывает условия, при которых он вновь будет слабым. Этот факт делает актуальной идею лазеров на основе графена.

При быстром «сгорании» частиц и античастиц в экспериментах с графеном электроны и дырки нагреваются до сверхвысоких температур, а в лазерах можно использовать носители с малой энергией, которые, согласно расчетам, живут дольше. Первые экспериментальные свидетельства лазерной генерации были тем временем получены в университете Тохоку (Япония).

Важно, что метод расчета времени «сгорания» электронов и дырок, развитый в работе, не ограничен графеном. Он применим к целому семейству так называемых «дираковских материалов», в которых поведение носителей заряда подобно электронам и позитронам из ранней теории Дирака. По предварительным расчетам, много большего времени жизни носителей — а значит, и более эффективной лазерной генерации — можно достичь в квантовых ямах из теллурида кадмия-ртути, где законы сохранения для оже-рекомбинации получаются «более строгими».

Клуб 1 июля приветствует решение руководства России о ликвидации Федерального Агентства Научных Организаций и предлагает передать функцию учредителя институтов РАН Российской Академии Наук, наделив ее необходимыми для этого полномочиями в новом законе о РАН и обеспечив устойчивое финансирование фундаментальных исследований.

Новое Министерство науки и высшего образования должно гарантировать свободу академических исследований в области фундаментальной науки и сосредоточиться на восстановлении системы учреждений прикладной науки и обеспечении востребованности ее разработок возрождаемой экономикой. В соответствии со своими полномочиями и в сотрудничестве с РАН министерство должно восстановить высокие стандарты высшего образования и его тесную связь с потребностями современной науки, экономики и общественной жизни.   

Строительство Транссиба породило Новониколаевск-Новосибирск и дало ему мощнейший импульс для развития. Преимущества, которые дало ему географическое положение (пересечение важнейшей железной дороги в восточной части Российской империи и судоходной реки), позволили молодому поселку, а вскоре – городу, стать экономическим центром Западной Сибири.

Благодаря Транссибу, производство муки в этих краях на глазах выросло в мощную отрасль, и ключевым пунктом для логистики ее продукции стал Новониколаевск. Станции Обь и Кривощеково были главными пунктами отправки сибирского масла (которое приносило в казну выручку, сопоставимую с доходом от серебряных рудников Алтая). Новониколаевск был практически единственным передатчиком в европейскую часть России мяса из богатой скотоводством Кулундинской степи и уральского железа – в Сибирь.

Но была у Новониколаевска и еще одна важная ипостась, которой коснулся в своем докладе (прозвучавшем на очередном заседании Исторического клуба) известный военный историк, автор множества книг и статей Юрий Фабрика.

По его словам, уже на стадии выбора места для строительства моста через Обь, положившего начало поселку, думали и про оборонное значение для Азиатской части России будущего населенного пункта.

– Это подтверждает и то, что в прошлом веке мы видим три отчетливых скачка в развитии нашего города, - подчеркнул он. – И все три происходят в результате войн, которые вела Россия.

Далее докладчик подкрепил свое утверждение конкретными цифрами, фактами и примерами из истории города и Западной Сибири в целом. Ниже мы приведем некоторые тезисы из его доклада.

27 января 1904 года раздались первые выстрелы русско-японской войны. Эта война резко повысила значение Сибири и Сибирского военного округа (СибВО), как ближайшего к театру военных действий. С первых месяцев он отдает на формирование армий все свои полевые и резервные войска. И одновременно берет на себя охрану Транссибирской магистрали (3356 км), на которую было завязано практически все снабжение действующей армии. Для решения последней задачи были созданы специальные дружины Государственного ополчения. В результате их службы японцам не удалась ни одна попытка диверсий на Транссибе.

В отличие от европейской части России, где прошло 9 выборочных мобилизаций, в СибВО мобилизация носила общий характер, причем, прошла она гладко – процент явки на призывные пункты оказался самым высоким по стране (99,2 %). Новониколаевск не только отдал в армию и ополчение своих мужчин в возрасте до 43 лет, но и разместил у себя большой гарнизон, неся огромные траты на его содержание (в 1905 году на воинскую повинность из городского бюджета ушло 22033 рубля, в 1906 году – 11576 рублей, для сравнения, в мирном 1907 году – всего 9553 рубля).

А еще город выполнял важную задачу по снабжению армии и проходящих эшелонов с пополнением продовольствием. Для этого было создано несколько специальных структур и производств (некоторые заблаговременно, до начала войны). Например, сухарный завод при станции Обь, выпускавший 500 пудов сухарей в сутки.

Война на практике показала, какое большое значение Новониколаевск играет в обороне страны и одновременно дала ему первый импульс для развития. Развернутые производственные мощности привлекли в город новых жителей (население города перед войной было немногим более 20 тысяч человек, к 1913 году оно выросло почти втрое). Растет внимание к нему со стороны военного ведомства. С 1 октября 1906 года в городе расквартировываются 5-й Иркутский и 6-й Енисейский Сибирские полки, а также 2-й Сибирский резервный артиллерийский дивизион. Отсюда берет начало наш военный городок. Неподалеку от города Дума выделяет для военных нужд земельный участок под полигон. Военные, в свою очередь, строят и содержат мосты через р. Каменку со свободным проездом через них для жителей. Кроме того, военное ведомство выделяет городу безвозмездную ссуду в 100 тысяч рублей на строительство водопровода (при общей смете в 600 тысяч).

Еще большее влияние на историю Новониколаевска (как и страны в целом) оказала Первая мировая война. Как и ранее, город активно участвовал в мобилизации: с первых дней войны на фронт отправился расквартированный в то время здесь 41-й Сибирский стрелковый полк. А вместо него начинается формирование нескольких запасных батальонов и дружины Государственного ополчения.

– На городские власти легла огромная по своим масштабам работа по формированию и размещению воинских частей, приему эвакуируемых предприятий, госпиталей, тысяч раненых и больных воинов, беженцев, призрению семей ушедших на войну, - отметил Юрий Фабрика.

Вот лишь некоторые цифры, характеризующие вклад города в оборону страны в те годы. Для подготовки и размещения частей, отправляемых на фронт, было отведено помещений на 15 690 военнослужащих. Был развернут эвакогоспиталь на 1500 коек. К 1917 году в городе размещался 40-тысячный гарнизон, который надо было кормить, одевать, лечить… Постоянно шли сборы пожертвований в действующую армию, на фронт отправляли теплые вещи, кедровые орехи, мыло. И все это в городе с населением около 60 тысяч накануне войны.

В 1915 году в Новониколаевске создается военно-промышленный комитет, занимавшийся поставками продовольствия для воинских частей и госпиталей. В годы войны в городе были построены мыловаренный завод, мясохладобойня, кожевенный завод (с мощностью до 50 тыс. выделанных кож в год), началось строительство завода по производству мясных консервов (проектная мощность 15 млн коробок в год).

И, конечно, в разы возрастает нагрузка на подразделения Сибирской магистрали, что влечет развитие ее инфраструктуры.

И когда после Первой мировой и Гражданской войн новое руководство страны решает перенести административный центр Западной Сибири из Омска в Новосибирск (а не Томск), это во многом обусловлено тем ростом городской экономики, что произошел в нелегких условиях военного времени. Тогда же в город переезжает штаб Сибирского военного округа, что делает Новосибирск полноправной «военной столицей Сибири».

Пару мирных десятилетий  город осваивался с новым для себя статусом, грянула Великая Отечественная война. К тому времени в городе проживало около 450 тысяч человек, что делало его одним из крупнейших промышленных центров за Уралом.

А затем началась самая страшная в нашей истории война – Великая Отечественная. И вновь жители Новосибирска и области отдавали все для защиты своей страны. В первые же дни войны в областные военкоматы обратилось 6680 добровольцев, в том числе 2411 женщин. Уходили на фронт целыми семьями: четыре брата Жарковых, по шесть братьев Игнатовых и Шумовых, в полном составе семь Легаковых – ЦК ВКП (б) поддержал инициативу новосибирцев по созданию сибирских добровольческих дивизий, первой из которых стала 22-я (150-я) Сибирская добровольческая дивизия, - напомнил слушателям Фабрика.

За годы войны на территории Новосибирской области было укомплектовано 4 дивизии, 10 бригад, 7 полков, 19 батальонов, 62 роты, 24 различные команды. Всего ушло на фронт более 600 тысяч человек, около 180 тысяч из них так и не вернулись.

А те, кто остался в тылу – преимущественно женщины, старики, дети – были мобилизованы на другой фронт – трудовой. К существовавшим в городе довоенным предприятиям, в том числе крупным – комбинат № 179 (будущий авиазавод им. Чкалова) и завод № 153 (будущий «Сибсельмаш»), добавилось много новых, эвакуированных с западной части СССР.

Как писал в 1942 году репортер американского журнала «Лайф» Сульцбергер, «гигантская масштабная эвакуация промышленных предприятий с запада на восток – одна из величайших саг в мировой истории!»

В Сибирь переехало 322 промышленных предприятия, из них 244 – в западную ее часть. Пятьдесят из них (включая тридцать один завод и четыре НИИ) разместились на территории Новосибирска. Вместе с эвакуированными предприятиями ехали и люди, плановые эвакуируемые и просто беженцы: в 1941-1942 годах область приняла свыше полумиллиона человек. Это значительно обострило социальные проблемы в регионе (не хватало, жилья, продовольствия, мест в школах и больницах). Решали их за счет массового героизма населения, когда люди, отработав смену на заводе, отправлялись на еще одну – по постройке жилья, заготовке продуктов и т.п.

Прошли годы войны, но большая часть эвакуированных предприятий и приехавших людей остались жить здесь, Новосибирск стал для них новой родиной. В результате, объемы производства в городе опять возросли в разы. И основу его составили предприятия оборонно-промышленного комплекса.

Да и возведенный спустя десятилетие первый в Сибири масштабный научный центр – Академгородок – также был изначально нацелен на решение ряда важнейших задач обороноспособности страны.

В последние десятилетия нашей стране удается избегать участия в масштабных военных конфликтах на своей территории (исключение, пожалуй, война в Чечне). Но значение оборонной составляющей в развитии города никуда не делось. И сегодня эксперты сходятся во мнении, что оптимальным рецептом роста для города является развитие науки и производства, прежде всего, машиностроения (которое сохранилось у нас в основном на предприятиях ОПК).

Наталья Тимакова

Ученые Института ядерной физики им Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) разработали проект системы идентификации частиц для экспериментов на будущем новосибирском коллайдере – Супер С-Тау фабрике. Это одна из ключевых систем будущей установки, она позволит с высокой надежностью определять типы рождающихся в эксперименте частиц. Эта и другие перспективные разработки для нового коллайдера будут обсуждаться международными экспертами 26-27 мая 2018 года в ИЯФ СО РАН на первом совещании международного Совета Супер С-тау фабрики.

Проект Супер С-тау фабрики нацелен на проведение экспериментов в области энергии, где в результате столкновения пучков электронов и позитронов рождаются с-кварки и тау-лептоны. Светимость коллайдера (величина, определяющая число рождений частиц, происходящих в единицу времени) будет составлять 1035см-2с-1. Ожидается, что при таких параметрах будет происходить до 300 тысяч событий в секунду. Чтобы их зарегистрировать, нужен современный детектор – это сложное устройство, позволяющее измерять энергию, направление движения рождающихся в эксперименте частиц, определять их тип. Для решения последней задачи необходима система идентификации.

Перспективным способом идентификации частиц является метод ФАРИЧ (детектор черенковских колец на основе фокусирующего аэрогеля). Заряженная частица, проходя через аэрогель, производит вспышку черенковского излучения, то есть образует фотоны. Они излучаются под определенным углом к направлению движения частицы, который зависит от её скорости. Зная координаты зарегистрированных фотонов, можно установить скорость частицы, что позволяет определить ее тип.

Подобная методика сегодня используется в эксперименте Belle-II коллайдера SuperKEKb в Японии и разрабатывается для эксперимента PANDA на ускорителе FAIR в Германии. Уникальность решения, предлагаемого новосибирскими исследователями для Супер С-Тау фабрики, в использовании четырехслойного фокусирующего аэрогеля, который умеют производить только в Институте катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.

«Система идентификации для Супер С-тау фабрики должна быть на порядок больше по площади, чем японский и немецкий детекторы, – пояснил кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН Александр Барняков, – а по степени фокусировки черенковского света лучше в два раза, чтобы обеспечить требуемое в эксперименте разделение частиц. Возможности данного метода были продемонстрированы на прототипе, испытанном на тестовом пучке в ЦЕРН. В качестве детектора фотонов использовалась передовая разработка фирмы Philips. В эксперименте была показана возможность получить требуемое качество разделения мю- и пи-мезонов».

Создание такой системы площадью 15-20 м2 с более чем миллионом каналов современной быстрой оцифровывающей электроники является очень амбициозной задачей.

«Мы успешно испытали наш прототип, убедились, что он эффективно работает. Но разработка на этом не заканчивается – продолжается тестирование, выбор конкретных технических решений, оптимальной электроники и фотонных детекторов. На рабочем совещании 26-27 мая мы представим коллегам из ведущих научных центров вариант системы идентификации на основе ФАРИЧ, а также разработки по другим элементам детектора. Нам очень важно верифицировать наши предложения в среде авторитетных экспертов, услышать их предложения, активнее вовлечь их в работу над проектом Супер С-Тау фабрики» – прокомментировал директор ИЯФ СО РАН, академик РАН Павел Логачев.

В Совет входят представители 10 стран, их работа направлена на экспертную оценку проекта Супер С-Тау фабрики и совместную работу над его развитием. На совещании будут обсуждаться текущие результаты по разработке систем будущей установки. Эта встреча – один из шагов к созданию коллаборации будущего эксперимента.

Комментарий эксперта, члена Совета Супер С-тау фабрики доктора Люси Линссен, ЦЕРН:

– Физика кварков и тау-лептонов изучается в нескольких научных центрах, например, КЕК (Япония), IHEP (Китай), LNF-INFN (Италия), CERN (Швейцария). Эксперименты, которые там проводятся, имеют разные физические цели и проектные параметры. Таким образом, информация, полученная на этих установках, будет дополнять друг друга, а перекрестная проверка результатов является частью их физических программ. Супер С-тау фабрика в Институте им. Будкера хорошо вписывается в эту мозаику.

Как следует из названия, Супер С-тау фабрика в Новосибирске может исследовать физику тау-лептона, самого тяжелого лептона, а также различные состояния, содержащие с-кварки. Возможность изменять энергию электрон-позитронных столкновений открывает большие возможности для изучения физики тау-лептона. При низких энергиях вблизи порога рождения пары тау-лептонов, число этих частиц не является самым большим, однако благодаря кинематическим особенностям реакции, количество фоновых событий тоже невелико. Это позволяет очень точно измерять редкие каналы распада тау-лептона. Например, осуществлять поиск процессов, идущих с нарушением лептонного числа, что является горячей темой после обнаружения на LHC намеков на существование таких процессов. При более высоких энергиях будет произведено до 10 миллиардов тау-лептонов, что обеспечит очень хорошую точность измерений благодаря такой высокой статистике.

Физика с-кварков, доступная для изучения на этом коллайдере, также очень богата. Например, при сканировании по энергии можно наблюдать многие резонансные состояния, которые появляются при определенном значении энергии сталкивающихся частиц, и детально их изучить. Также можно изучить чармоний, состоящий из с-кварка и анти-с- кварка, и многие другие частицы (мезоны, барионы), содержащие очарованные кварки. Таким образом, Супер С-тау фабрика в Новосибирске обеспечит богатую физическую программу на многие годы.

Для достижения хорошей точности важно построить коллайдер с использованием новейших технологий, так как это обеспечит высокую производительность и благоприятные условия для проведения эксперимента.

Справка о проекте Супер С-тау фабрика

В 2011 году Правительственная комиссия отобрала шесть проектов класса мега-сайенс для реализации на территории Российской Федерации (PIK, NICA, IGNITOR, ИССИ-4, XCELS и Супер С-Тау фабрика). В 2017 году проект Супер С-Тау фабрики в числе других проектов включен в План реализации Стратегии научно-технологического развития России.

Супер С-Тау фабрика – это электрон-позитронный коллайдер, который планируется построить в ИЯФ СО РАН. Основная цель экспериментов на Супер С-Тау фабрике — изучение процессов рождения очарованных кварков и тау-лептонов, поиск новых физических эффектов, не описываемых Стандартной Моделью.

Периметр ускорителя – около 800 метров, он будет расположен под землей на глубине более 10 метров. Проект Супер С-тау фабрики базируется на полувековом опыте ИЯФ СО РАН как одной из ведущих лабораторий мира в области физики высоких энергий.

Соглашения о намерении участия в реализации проекта Супер С-Тау подписаны с двумя международными и четырьмя зарубежными организациями. Около двух десятков российских и зарубежных исследовательских организаций и вузов выражают намерение участвовать в программе экспериментов на будущей установке. Завершается формирование международного комитета советников Супер С-Тау фабрики.

Стоимость реализации проекта Супер С-тау составляет в текущих ценах около 40 млрд руб. (ускорительная, детекторная и инфраструктурная часть), срок создания установки – 6 лет с момента начала финансирования работ, период сохранения уникальности (мирового приоритета) установки – не менее 10 лет.

Справка об аэрогеле

Аэрогель – это твердый материал с рекордно низкой плотностью. Он состоит из очень маленьких частиц диоксида кремния, которые соединены в хаотические цепочки, и образуют сеть мезопор. Основная его составляющая – до 99,8 % – воздух. Один кубический сантиметр аэрогеля на основе кремния может весить от 0,3 миллиграмм и способен выдержать нагрузку, в 4000 раз превышающую собственный вес. Этот материал обладает очень низкой теплопроводностью, благодаря чему выдерживает экстремально низкие и высокие температуры.

Блоки новосибирского аэрогеля используются в детекторе КЕДР коллайдера ВЭПП-4М ИЯФ СО РАН, где этого материала насчитывается 1000 литров, а для детектора СНД коллайдера ВЭПП-2000 ИЯФ СО РАН новосибирские ученые создали особый сверхплотный аэрогель. В проектируемом в Институте ядерной физики СО РАН коллайдере Супер С-тау фабрика также предполагается использование этого материала для регистрации элементарных частиц.

Аэрогель Института ядерной физики СО РАН и Института катализа Сибирского отделения РАН использовался в эксперименте LHCb (ЦЕРН), а сейчас применяется в проекте DIRAC (ЦЕРН). На Международной космической станции установлен универсальный детектор AMS02, в составе которого также используется новосибирский аэрогель. Детектор предназначен для регистрации потоков протонов, антипротонов и ядер. Одной из его задач является приближение к ответу на вопрос – почему материи во Вселенной существенно больше, чем антиматерии?